自动水质调节系统及方法与流程

本发明涉及一种自动水质调节系统以及一种自动水质调节的方法，尤其涉及一种适用于该水族鱼缸的自动水质调节系统以及自动水质调节的方法。

背景技术：

一般的水族观赏性鱼缸及养殖鱼缸为半封闭式的系统，无论是养殖海水鱼或淡水鱼，水质中的矿物质含量、有机质含量、酸碱度或硬度等等参数很容易因鱼缸内的鱼类或其他生物的生理作用而改变，若水质恶化，则鱼缸内的各种鱼类等各种生物容易生病或死亡。尤其在替鱼缸加水或换水时，鱼缸中的水质容易产生大幅度的变化，若要确保鱼缸内生物的健康以及舒适度，则需时常监控及调整水质。

举例而言，当养殖海水鱼时，鱼缸中的盐分以及硬度等参数便相当重要，在一定的盐度及硬度范围内，才适合海水鱼的生长，若是再在鱼缸中同时饲养珊瑚或水草等生物，则水的硬度容易因珊瑚的生长而降低，进而影响水的渗透压及酸碱度，也因此生活在其中的鱼类等生物的生活环境改变，容易造成不适应，进而抵抗力下降、生病或死亡。而为了避免鱼缸中水质的改变，一般养殖者会添加补充剂进入鱼缸中，以维持鱼缸中生物的健康生活环境。

然而，目前各种鱼缸用补充剂皆是由养殖者以手动的方式添加在鱼缸中，且必须先利用试纸或传感器等来测量鱼缸水中单一成分的含量，再由鱼缸水的体积估算需要添加多少的补充剂，其程序复杂且耗时，又可能因估算错误而添加过少或过多的补充剂，反而影响水质，造成水族生物的不适，并影响其健康。

因此，目前亟需一种新颖的自动水质调节装置，利用自动化的水质监测以及添加补充剂来达到控制水质的目的，可用于水族观赏鱼缸、养殖鱼缸或鱼塭的水质管理。

技术实现要素：

为了达到上述的目的，本发明提供了一种新颖的自动水质调节系统，利用滴定的方式定量一水溶液中的矿物质含量、有机质含量、酸碱度或硬度等，再自动计算并添加该水溶液需添加的补充剂剂量，使得该水溶液的水质参数(如矿物质含量、有机质含量、酸碱度或硬度)可维持在一预设值。

本发明的自动水质调节系统主要包括：一反应槽，具有一开口；一样品滴料装置，具有一样品吸管以及一样品滴管，该样品滴管的一滴头延伸至该反应槽的开口处并与该样品吸管连通，该样品吸管吸取部分的该液体作为一待测溶液滴入该反应槽；至少一滴定剂滴料装置，具有一滴定剂滴管，该滴定剂滴管的一滴头延伸至该反应槽的开口处，并将一滴定剂滴入该反应槽以滴定该反应槽中的该待测溶液；一光色彩传感器，设置于该反应槽的一侧面，用于感测该待测溶液与该滴定剂反应时的色彩变化；一第一光遮断计数器，设置于该反应槽开口处，用于计数滴入该反应槽中的该待测溶液及该滴定剂的滴数；一废液排除装置，具有一废液吸管以及一废液排出管，该废液吸管的一端连通该反应槽，该废液吸管的另一端连通该废液排出管，并吸取反应槽中滴定完成后所产生的一废液；一控制单元，控制该样品滴料装置及该滴定剂滴料装置的滴料频率及滴数；该废液排除装置排放废液；以及接收并处理该光色彩传感器及该第一光遮断计数器的感测信号；一补充装置，具有一补充剂输出管，该补充剂输出管一端对应该液体，以输出至少一补充液至该待测溶液中。其中，该滴定剂滴料装置以该滴定剂滴定该反应槽中的该液体，并以该第一光遮断计数器计数该滴定剂滴入该反应槽的量；该光色彩传感器感测该待测溶液与该滴定剂反应后的色彩变化来判断滴定是否完成；该控制单元在滴定完成后，计算由第一光遮断计数器所测量的该滴定剂的滴定量，并进行处理后转换为该补充液的输出量，再通过该补充装置输出至该液体中。

在本发明的一优选实施例中，该滴定剂滴料装置还具有一滴定剂吸管、一滴定剂储存槽以及一滴定剂泵，该滴定剂储存在该滴定剂储存槽中，该滴定剂吸管的一端延伸至该滴定剂储存槽，另一端连接该滴定剂泵，而该滴定剂滴管的一管身连接该滴定剂泵；其中，该滴定剂泵提供动力使得该滴定剂吸管将该滴定剂自该滴定剂储存槽中吸出并由该滴定剂滴管滴入该反应槽。

在本发明的一优选实施例中，还包括至少一指示剂滴料装置，该指示剂滴料装置具有一指示剂滴管，该指示剂滴管的一滴头延伸至该反应槽的开口处，并将一指示剂滴入该反应槽与该待测溶液反应显色。而在一更佳实施例中，该指示剂滴料装置还具有一指示剂吸管、一指示剂储存槽以及一指示剂泵，该指示剂储存在该指示剂储存槽中，该指示剂吸管的一端延伸至该指示剂储存槽中，另一端连接该指示剂泵，而该指示剂滴管的一管身连接该指示剂泵；其中，该指示剂泵提供动力使得该指示剂吸管将该指示剂自该指示剂储存槽中吸出并由该指示剂滴管滴入该反应槽，而该指示剂滴入该反应槽的量由该第一光遮断计数器来测量。

在本发明的一优选实施例中，还包括至少一沉淀剂滴料装置，所述沉淀剂滴料装置具有一沉淀剂滴管，该沉淀剂滴管的一滴头延伸至该反应槽的开口处，并将一沉淀剂滴入该反应槽以沉淀该反应槽中的该待测溶液中的杂质。而在一更佳实施例中，该沉淀剂滴料装置还具有一沉淀剂吸管、一沉淀剂储存槽以及一沉淀剂泵，该沉淀剂储存在该沉淀剂储存槽中，该沉淀剂吸管的一端延伸至该沉淀剂储存槽，另一端连接该沉淀剂泵，而该沉淀剂滴管的一管身连接该沉淀剂泵；其中，该沉淀剂泵提供动力使得该沉淀剂吸管将该沉淀剂自该沉淀剂储存槽中吸出并由该沉淀剂滴管滴入该反应槽，而该沉淀剂滴入该反应槽的量由该第一光遮断计数器来测量。

在本发明的一优选实施例中，该样品滴料装置还具有一样品泵，该样品吸管的一端延伸进入该液体，另一端连接该样品泵，而该样品滴管的一管身连接该样品泵；其中，该样品泵提供动力使得该样品吸管吸取部分的该液体，并通过该样品滴管滴入该反应槽。

在本发明的一优选实施例中，该废液排除装置还包括一废液泵，该废液吸管的另一端连接该废液泵，该废液泵提供动力使得该废液吸管将该废液自该反应槽吸出并由该废液排出管排放至一废液储存槽中。

在本发明一优选实施例中，所述补充装置还具有至少一补充剂吸管、一补充剂储存槽、至少一第一补充剂泵、一补充剂槽以及一第二补充剂泵，其中，该补充剂吸管的一端延伸至该补充剂储存槽中，而另一端具有一滴头，该滴头延伸至该补充剂槽的一开口处，该补充剂储存槽中储存有一补充剂，所述第一补充剂泵提供一动力使得该补充剂吸管将所述补充剂自所述补充剂储存槽中吸出并滴入该补充剂槽中，再通过该第二补充剂泵提供动力使得所述补充剂输出管将该补充剂槽中的所述补充剂输出至该液体中。

在本发明一优选实施例中，该补充装置还包括一第二光遮断计数器，设置在该补充剂槽的一开口处，用于计数滴入该补充剂槽中的该补充剂的滴数。

在本发明一优选实施例中，还包括一搅拌器，设置在反应槽中，以均匀混合该待测溶液以及选自该沉淀剂、该指示剂及该滴定剂中的至少之一。在一更佳实施例中，该搅拌器包括一搅拌磁石以及一磁石搅拌马达，该搅拌磁石设置于该反应槽中，而该磁石搅拌马达则设置于该反应槽的外侧，以驱动该搅拌磁石转动。

本发明另外提供了使用上述的自动水质调节系统的一种自动水质调节的方法，其步骤依序包括：步骤(1)：该样品滴料装置吸取部分的该液体作为该待测溶液，滴入该反应槽，并利用该第一光遮断计数器计算滴入该反应槽中的该待测溶液的体积；步骤(2)：该滴定剂滴料装置滴入该滴定剂至该反应槽中与该待测溶液反应，利用该第一光遮断计数器记录滴数，同时利用光色彩传感器感测该待测溶液在滴定时的色彩变化，待该色彩变化达到一预定值时，则停止滴定；步骤(3)：该控制单元计算由第一光遮断计数器所测量的该滴定剂的滴定量，并进行处理后转换为该补充液的输出量，再通过该补充装置输出至该液体中。

在本发明一优选实施例中，还包括步骤(1-1)：该沉淀剂滴料装置滴入该沉淀剂于该反应槽中与该待测溶液反应。

在本发明一优选实施例中，还包括步骤(1-2)：该指示剂滴料装置滴入该指示剂于该反应槽中与该待测溶液混合。

在本发明一优选实施例中，还包括步骤(2-1)：该废液排除装置在步骤(2)后，将该反应槽中的废液排出。

在本发明的自动水质调节系统中，可调节的有钙离子、镁离子、锶离子、铁离子、铝离子、硅、钾离子、铜离子、锰离子、氟离子、氯离子、溴离子、碘离子、硝酸根离子、亚硝酸根离子、磷酸根离子、胺、铵根离子的浓度以及水的硬度等。而依照欲调节的特定元素，本发明的自动水质调节系统可具有多个沉淀剂滴料装置、指示剂滴料装置、滴定剂滴料装置以及补充装置，可依需求而改变，并无特别的限制，沉淀剂、指示剂、滴定剂以及补充剂的种类则视不同滴定元素而决定，且为本领域公知的常识，故本领域技术人员可针对预定量的元素种类而白行调配或使用市售的药剂作为沉淀剂、指示剂、滴定剂以及补充剂，并无特别的限制。

附图说明

图1为本发明一实施例的自动水质调节系统的外观立体图；

图2为本发明一实施例的自动水质调节系统的立体图；

图3为本发明一实施例的自动水质调节系统的立体图；

图4为本发明一实施例的自动水质调节系统的平面示意图。

【附图标记说明】

1000自动水质调节系统

1反应槽

11开口

2样品滴料装置

21样品吸管

22样品滴管

221、321、421、521、1011滴头

23样品泵

3沉淀剂滴料装置

31沉淀剂吸管

32沉淀剂滴管

33沉淀剂储存槽

331沉淀剂

34沉淀剂泵

4指示剂滴料装置

41指示剂吸管

42指示剂滴管

43指示剂储存槽

431指示剂

44指示剂泵

5滴定剂滴料装置

51滴定剂吸管

52滴定剂滴管

53滴定剂储存槽

531滴定剂

54滴定剂泵

6光色彩传感器

7第一光遮断计数器

8废液排除装置

81废液吸管

82废液排出管

83废液泵

84废液储存槽

9控制单元

10补充装置

101补充剂吸管

102补充剂储存槽

1021补充剂

103第一补充剂泵

104补充剂槽

1041开口

105第二补充剂泵

106补充剂排出管

107第二光遮断计数器

20搅拌器

201搅拌磁石

202磁石搅拌马达

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。但需注意的是，以下附图均为简化的示意图，附图中的元件数目、形状及尺寸可依实际实施状况而随意变更，且元件布局状态可更为复杂。本发明也可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的精神下进行各种修饰与变更。

请参照图1所绘示的自动水质调节系统1000的外观；图2、图3所绘示的立体图；以及图4所绘示的平面图，为了可清楚的标示以及保持图面的简洁，图2、图3中省略了该自动水质调节系统1000中所有的管线，包括各个吸管及滴管，而管线的连接方式则在图4中有清楚的绘示，所以请一并参考图2-4，以明确了解本实施例的自动水质调节系统1000的结构。此外，本实施例的自动水质调节系统1000的以调节一海水水族鱼缸的钙离子浓度作为示例，而为了定量该海水水族鱼缸中钙离子的含量，本实施例所使用的沉淀剂、指示剂以及滴定剂为本领域中已知用来滴定钙离子的溶液。

本实施例的自动水质调节系统1000包括一反应槽1；一样品滴料装置2；一沉淀剂滴料装置3；一指示剂滴料装置4；一滴定剂滴料装置5；一光色彩传感器6；一第一光遮断计数器7；一废液排除装置8；一控制单元9；以及一补充装置10以及一搅拌器20。

详细而言，该反应槽1为一透明亚克力反应槽，其具有一开口11，该开口11面朝上方；该样品滴料装置2具有一样品吸管21、一样品滴管22以及一样品泵23，该样品吸管21与该样品滴管22连通，该样品滴管22还具有一滴头221，并延伸至该反应槽1的开口11上方，该样品吸管21可吸取水族鱼缸中部分的水作为一待测溶液，而该样品泵23为一蠕动泵，其提供样品吸管21吸取待测溶液的动力并传送到样品滴管22，最后由该样品滴管22的该滴头221滴入该反应槽1。

该沉淀剂滴料装置3具有一沉淀剂吸管31、一沉淀剂滴管32、一沉淀剂储存槽33以及一沉淀剂泵34，该沉淀剂吸管31的一端延伸至该沉淀剂储存槽33中，另一端与该沉淀剂滴管32连通，该沉淀剂滴管32具有一滴头321，该滴头321延伸至该反应槽1的开口11上方，而该沉淀剂储存槽33中储存有一沉淀剂331，而该沉淀剂泵34提供该沉淀剂吸管31吸取沉淀剂331的动力，将该沉淀剂331传送到该沉淀剂滴管32，再通过沉淀剂滴管32的该滴头321将该沉淀剂331滴入该反应槽1中，与该待测溶液反应。在本实施例中，该沉淀剂331的添加可使得待测溶液中的杂质沉淀，以增加后续滴定的准确度，然而若欲定量其他元素时，可视滴定需求的条件来决定是否需要添加沉淀剂331。

该指示剂滴料装置4具有一指示剂吸管41、一指示剂滴管42、一指示剂储存槽43以及一指示剂泵44，该指示剂吸管41的一端延伸至该指示剂储存槽43中，另一端与该指示剂滴管42相连通，该指示剂滴管42具有一滴头421，且该滴头421延伸至该反应槽1的开口11上方。该指示剂储存槽43中储存有一指示剂431，而该指示剂泵44提供该指示剂吸管41吸取该指示剂431的动力，将该指示剂431传送至该指示剂滴管42，再通过指示剂滴管42的该滴头421将该指示剂431滴入该反应槽1中，并与该待测溶液反应。

该滴定剂滴料装置5具有一滴定剂吸管51、一滴定剂滴管52、一滴定剂储存槽53以及一滴定剂泵54，该滴定剂吸管51的一端延伸至该滴定剂储存槽53中，另一端与该滴定剂滴管52相连通，该滴定剂滴管52具有一滴头521，且该滴头521延伸至该反应槽1的开口11上方，该滴定剂储存槽53中储存有一滴定剂531，而该滴定剂泵54提供该滴定剂吸管51吸取该滴定剂531的动力，将该滴定剂531滴入该反应槽1中，并与该待测溶液反应，以进行滴定。

该搅拌器20包括一搅拌磁石201以及一磁石搅拌马达202，该搅拌磁石201设置于该反应槽1中，而该磁石搅拌马达202则设置于该反应槽1的外侧，用于搅拌该待测溶液以及其他添加在其中的沉淀剂331、指示剂431以及滴定剂531，使其混合均匀，在滴定时可均匀显色使得该光色彩传感器6在感测滴定时待测溶液的颜色变化时可准确的判定色彩。

该光色彩传感器6，设置于该反应槽1的一侧并对准该反应槽1，该光色彩传感器6在开始滴定时，该滴定剂滴料装置5每滴一滴该滴定剂531的三秒后探测该反应槽1中该待测溶液的颜色并获得一色彩参数，当该待测溶液的色彩参数达到一预设值时，即达到滴定终点。

该第一光遮断计数器7设置于该反应槽1的开口，用于记录该待测溶液、该沉淀剂331、该指示剂431以及该滴定剂531滴入该反应槽1的滴数，借此换算该待测溶液、该沉淀剂331、该指示剂431以及该滴定剂531的体积。

该废液排除装置8具有一废液吸管81、一废液排出管82、一废液泵83以及一废液储存槽84，该废液吸管81的一端连通该反应槽1，该废液吸管81的另一端连通该废液排出管82，当滴定完成后，该废液泵83可提供一动力，将该反应槽1中的废液由该废液吸管81吸出，并自该废液排出管82排至该自动化水质调节系统1000的外部。

该控制单元9控制该样品滴料装置2、沉淀剂滴料装置3、指示剂滴料装置4、滴定剂滴料装置5的滴料频率；接收并处理该第一光遮断计数器7的感测信号以判定滴入该反应槽1中的待测溶液、沉淀剂、指示剂及滴定剂的体积；接收该光色彩传感器6所感测在滴定过程中该待测溶液的颜色变化；以及控制该废液排除装置8排放废液。该控制单元9在滴定完成后可通过第一光遮断计数器7所测定的待测溶液的体积以及滴定剂滴定的体积来计算待测溶液中钙离子的含量，并进一步推算整体海水水族鱼缸的钙离子浓度。

该补充装置10具有一补充剂吸管101、一补充剂储存槽102、一第一补充剂泵103、一补充剂槽104、一第二补充剂泵105、一补充剂排出管106以及一第二光遮断计数器107，该补充剂吸管101的一端延伸进入该补充剂槽中104，而另一端具有一滴头1011，对准该补充剂槽104的一开口1041，该第一补充剂泵103提供动力使得该补充剂吸管101可自该补充剂储存槽102中将补充剂1021吸出并通过该滴头1011滴入该补充剂槽104中，该第二光遮断计数器107计数滴入该补充剂槽104中的补充剂滴数，借此控制补充剂1021的体积，而该补充剂排出管106连通该补充剂槽104，该第二补充剂泵105提供动力使得该补充剂排出管106可自该补充剂槽104将补充剂吸出并排入该水族鱼缸中，使得该水族鱼缸中的钙离子浓度达到一预设值。

以下详细说明本实施例中的自动水质调节系统1000的操作方法，并请一并参照图4，其步骤依序包括：步骤(1)：该样品滴料装置2的该样品泵23提供动力，并通过该样品吸管21自一水族鱼缸吸取部分的水作为一待测溶液，利用该样品滴管22将5ml(500滴；利用该第一光遮断计数器7计数)的待测溶液滴入该反应槽1中；步骤(2)：样品泵23提供动力将该样品吸管21以及该样品滴管22内的剩余待测溶液倒吸排回水族鱼缸中：步骤(3)：该沉淀剂滴料装置3的该沉淀剂泵34提供动力，通过该沉淀剂吸管31自该沉淀剂储存槽33中吸取该沉淀剂331，并利用该沉淀剂滴管32滴入25滴(利用该第一光遮断计数器7计数)的沉淀剂331进入该反应槽1中，并同时利用搅拌器20搅拌，以均匀混合该待测溶液以及该沉淀剂331；步骤(4)：该沉淀剂泵34提供动力将该沉淀剂吸管31以及该沉淀剂滴管32中剩余的沉淀剂331倒吸排回该沉淀剂储存槽33中；步骤(5)：该指示剂滴料装置4的该指示剂泵44提供动力，通过该指示剂吸管41自该指示剂储存槽43中吸取该指示剂431，并利用该指示剂滴管42滴入14滴(利用该第一光遮断计数器7计数)的指示剂431进入该反应槽1中，并同时利用搅拌器20搅拌，以均匀混合该待测溶液以及该指示剂431；步骤(6)：该指示剂泵44提供动力将该指示剂吸管41以及该指示剂滴管42中剩余的沉淀剂431倒吸排回该指示剂储存槽43中：步骤(7)：该滴定剂滴料装置5的该滴定剂泵54提供动力，通过该滴定剂吸管51自该滴定剂储存槽53中吸取该滴定剂531，并利用滴定剂滴管52滴入60滴(利用该第一光遮断计数器7计数)的滴定剂531进入该反应槽1中，同时利用搅拌器20搅拌；步骤(8)：接着每隔三秒滴一滴滴定剂531至该反应槽1中，且在每滴一滴滴定剂531的三秒后暂停搅拌，利用该光色彩传感器6探测待测溶液的颜色，该第一光遮断计数器7计数该滴定剂531滴入该反应槽1的滴数；步骤(9)：当该光色彩传感器6探测到该待测溶液呈现蓝色后，停止滴定：步骤(10)：该滴定剂泵54提供动力将该滴定剂吸管51以及该滴定剂滴管52中剩余的滴定剂531倒吸排回该滴定剂储存槽53中；步骤(11)：该废液排除装置8的该废液泵83提供一动力，通过该废液吸管81自该反应槽1中吸取反应完毕的废液，并由该废液排出管82将该废液排放置该废液储存槽84；步骤(12)：该样品滴料装置2的该样品泵23提供一动力，由该样品吸管21自该水族鱼缸吸取7ml的水，并通过该样品滴管22滴入500滴的水在反应槽1中，接着用该搅拌器20搅拌10秒后，再利用废液泵83提供动力，利用该废液吸管81吸取该反应槽1中的废液，并利用该废液排出管82将该废液排放至该废液储存槽84，借此清洗该反应槽1；步骤(13)：该控制单元9依该滴定剂滴料装置5滴定该待测溶液的滴数计算出该滴定剂531所滴定的量，来计算出该水族鱼缸中水的钙浓度，并进一步计算需添加多少钙离子进入该水族鱼缸中；步骤(14)：该补充装置10的该第一补充剂泵103提供动力，使得该补充剂吸管101自该补充剂储存槽102吸取该补充剂1021，再通过该补充剂吸管101的该滴头1011滴入该补充剂槽104中，在滴入补充剂1021于该补充剂槽104时利用该第二光遮断计数器107计数该补充剂1021的滴数，直到该补充剂槽104有足够的添加剂为止；步骤(15)：该第二补充剂泵105提供一动力，并利用该补充剂排出管106将该补充剂槽104中的补充剂排入该水族鱼缸中。

本实施例仅以调节海水水族鱼缸中的钙离子为示例，然而一般来说，确保海水水族鱼缸中生物的健康以及舒适度，鱼缸水中需要调节的除了钙离子浓度外，镁离子浓度以及水的硬度等也是对于海水水族类相当重要几个参数，所以在本发明其他实施例中，其沉淀剂滴料装置、指示剂滴料装置、滴定剂滴料装置以及补充装置的数量并无特别的限制，可依需求而调整。举例而言，一自动水质调节系统用于调节钙离子浓度、镁离子浓度以及水的硬度(kh)时，则需要设置两个沉淀剂滴料装置(测量水的硬度时不需使用沉淀剂)，三个指示剂滴料装置、三个滴定剂滴料装置以及三个补充装置。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。